Naast hoogwaardige vezels, keramiek, metalen en slimme materialen worden ook koolstofvezels, niet-geweven polyethyleen met een ultra-hoogmoleculair gewicht (UD-stof) en sommige composietmatrixmaterialen vaak gebruikt in kogelvrije veststructuren. Ze dienen vaak als hulp- of steunlagen, waardoor de algehele beschermende prestaties en gewichtsvermindering worden verbeterd.
1. Koolstofvezel – een zeer sterk, lichtgewicht demplaagmateriaal
Hoewel koolstofvezel zelf een beperkt ballistisch beschermingsvermogen heeft, maken de hoge modulus en lage dichtheid het tot een ideaal steun- of dempingslaagmateriaal.
Het wordt vaak gebruikt in composietpantsers, gepositioneerd achter keramische inzetstukken om resterende impactenergie te absorberen, breuk van de achterplaat te voorkomen en het risico op trauma door stompe kracht te verminderen.
Het heeft ook brede toepassingen in de ballistische structuren van helikopters, tanks en schepen; Hybride composietplaten van aramide en koolstofvezel kunnen het gewicht bijvoorbeeld met meer dan 30% verminderen in vergelijking met traditionele stalen platen.
2. Unidirectionele stof (UD-stof) – een geavanceerde vorm van hoogwaardige vezels
Dit is geen nieuw materiaal, maar een composietweefsel dat is gemaakt door polyethyleen- of aramidevezels met ultra-hoogmoleculair gewicht in één richting te rangschikken en deze met hars te fixeren.
Vergeleken met traditionele geweven stoffen vertoont UD-stof een meer uniforme vezelspanning, een hogere energieoverdrachtsefficiëntie en een aanzienlijk verbeterde treksterkte.
Bij hetzelfde beschermingsniveau kan UD-stof het gewicht met 20%-30% verminderen in vergelijking met traditionele aramidestoffen, waardoor het een van de lichtste en sterkste zachte kogelvrije materialen is die momenteel beschikbaar zijn.
3. Hars- en polymeermatrix – de onzichtbare ‘structurele lijm’
In UD-weefsel, composietinzetstukken en andere structuren spelen thermohardende harsen (zoals epoxyhars) een cruciale rol bij het verbinden van vezels en het overbrengen van spanning.
De eigenschappen van de hars hebben een directe invloed op de algehele stijfheid en het energiedissipatievermogen van het materiaal. Hoewel het niet direct "kogelvrije" bescherming biedt, is het een belangrijke factor die de effectiviteit van kogelvrij maken bepaalt.
4. Natuurlijke vezels (historische toepassingen) – vroege prototypes van kogelvrije vesten
Aan het einde van de 19e eeuw werd meer-zijde gebruikt om kogelvrije vesten te maken, die bestand waren tegen pistoolkogels met lage- snelheid, maar deze waren duur en boden zwakke bescherming, en zijn sindsdien uitgefaseerd.
Modern onderzoek onderzoekt af en toe composietmaterialen van spinnenzijde. De Universiteit van Trento in Italië heeft bijvoorbeeld grafeen in spinnenzijde geïnjecteerd, waardoor een sterkte werd bereikt die 3,5 maal groter was dan die van natuurlijke spinnenzijde, wat potentiële toepassingen aantoont, maar de massaproductie is nog niet begonnen.
5. Nieuwe composietadditieven – sleutel tot verbetering van keramische prestaties
Tijdens het sinterproces van kogelvrij keramiek worden meerfasige additieve poeders (zoals Y₂O₃, AlN, etc.) toegevoegd om de korrelstructuur te optimaliseren, de dichtheid te verbeteren en de slagvastheid te vergroten.
Hoewel deze sporenadditieven niet zelfstandig de kogelvrije laag vormen, zijn ze van cruciaal belang voor het verbeteren van de beschermende prestaties van hoogwaardige keramische materialen zoals siliciumcarbide en boorcarbide.
